JPWO2013162000A1

JPWO2013162000A1 - 基板支持装置及び基板支持装置に熱電対を配設する方法

Info

Publication number: JPWO2013162000A1
Application number: JP2014512712A
Authority: JP
Inventors: 大輔橋本; 淳二口谷
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2015-12-24
Also published as: WO2013162000A1

Abstract

内蔵した熱電対を簡便に交換可能な基板支持装置を提供する。また、基板支持装置に熱電対を交換可能に配設する方法を提供する。本発明の基板支持装置は、プレート部と、プレート部に接続したシャフト部と、プレート部の内部に配設された発熱体と、プレート部とシャフト部との内部に配設され、中空形状のガイド部と、プレート部とシャフト部との内部にガイド部を介して配設された熱電対と、を備え、ガイド部はＲ形状を備える。熱電対は、シャフト部と平行な第１の方向から挿入され、ガイド部で第１の方向と直交する第２の方向へ屈曲して、プレート部に配設される。

Description

本発明は半導体装置の製造に用いる基板支持装置及び基板支持装置に熱電対を配設する方法に関する。特に内蔵した熱電対を交換可能な基板支持装置及び基板支持装置に熱電対を配設する方法に関する。

半導体装置の製造において、化学気相成長（ＣＶＤ）、表面改質等の処理工程では、基板支持装置が半導体製造装置内に配設される。このような基板支持装置は、金属やセラミックで形成されたプレートをシャフトで支持する構造を備える。また、基板支持装置を発熱させて使用する場合には、プレートの内部に発熱体とともに温度測定用のシース熱電対等の温度センサを配設し、シャフト内部に配設された配線を介して、半導体製造装置の外部に設置された制御装置に接続する。このような、温度センサの測定結果に基づいてヒータの温度調節器を制御することにより、ウエハの温度を予め設定された温度にフィードバック制御することが、一般的である（特許文献１）。

しかし、従来の金属製の基板支持装置へのシース熱電対の取付けは、ろう付界面に埋設して行うため、熱電対が故障した際に交換することができず、基板支持装置ごと交換する必要があった。特許文献２には、石英製の導波棒を有する放射温度計を使用した基板支持装置において、クランク形状に屈曲した保護管の管壁に導波棒の直径よりも幅が広いスリットを開設することにより、保護管から導波棒を取り外してメンテナンスや交換を可能にする技術が開示されている。しかし、特許文献２に開示された基板支持装置においても、石英製の導波棒を取り外すためには、保護管が配設された基板やシャフトを一旦取り外す必要があり、交換作業が煩雑であった。

特許４０９８１１２号特開２００３−００７６９２号公報

一般に用いられるシース熱電対を用いる場合、基板支持装置のプレート部の中央付近の温度を測定するシース熱電対は、シャフト部と平行に一直線状に配置するため、抜き差しは容易である。一方、プレート部の外周付近の温度を測定するシース熱電対を配設するためには、シース熱電対を事前に９０°に折り曲げ、シャフト部及びプレート部に埋設していた。このような構造の従来のシース熱電対は、シース熱電対を抜き差しして交換することは困難であり、簡易に交換可能な基板支持装置の開発が望まれる。

本発明は、上述の問題を解決するものであって、内蔵した熱電対を簡便に交換可能な基板支持装置を提供する。また、基板支持装置に熱電対を交換可能に配設する方法を提供する。

本発明の一実施形態によると、プレート部と、前記プレート部に接続したシャフト部と、前記プレート部の内部に配設された発熱体と、前記プレート部と前記シャフト部との内部に配設されたガイド部と、前記プレート部と前記シャフト部との内部に前記ガイド部を介して配設された熱電対と、を備え、前記ガイド部はＲ形状を備える基板支持装置が提供される。

前記基板支持装置において、前記熱電対は、前記シャフト部と平行な第１の方向から挿入され、前記ガイド部で前記第１の方向と直交する第２の方向へ屈曲して、前記プレート部に配設されてもよい。

前記基板支持装置において、前記ガイド部はＲ３０ｍｍ以上Ｒ１００ｍｍ以下の形状を備え、前記熱電対を前記第１の方向から前記第２の方向へ屈曲させてもよい。

前記基板支持装置において、前記ガイド部は、前記プレート部と前記シャフト部との接続部に配設された中空状の部材であってもよい。

前記基板支持装置において、前記ガイド部は、前記プレート部と前記シャフト部との接続部に配設され、前記シャフト部の端部まで延伸した中空状の部材であってもよい。

前記基板支持装置において、前記ガイド部は、前記プレート部と前記シャフト部との接続部に形成された溝部であってもよい。

前記基板支持装置において、前記ガイド部は、前記シャフト部から前記プレート部へ形成された螺旋状の溝部であってもよい。

前記基板支持装置において、前記熱電対は、シース熱電対であってもよい。

また、本発明の一実施形態によると、シャフト部と平行な第１の方向から熱電対を挿入し、プレート部と前記シャフト部との内部に配設されたＲ形状を備えるガイド部で、前記第１の方向と直交する第２の方向へ前記熱電対を屈曲させ、前記プレート部に前記熱電対を配設する、基板支持装置に熱電対を配設する方法が提供される。

前記基板支持装置に熱電対を配設する方法において、前記ガイド部はＲ３０ｍｍ以上Ｒ１００ｍｍ以下の形状を備え、前記熱電対を前記第１の方向から前記第２の方向へ屈曲させてもよい。

前記基板支持装置に熱電対を配設する方法において、前記ガイド部は、前記シャフト部から前記プレート部へ形成された螺旋状の溝部であり、前記熱電対は前記螺旋状の溝部に沿って配設されてもよい。

前記基板支持装置に熱電対を配設する方法において、前記熱電対は、シース熱電対であってもよい。

本発明によると、内蔵した熱電対を簡便に交換可能な基板支持装置を提供することができる。また、基板支持装置に熱電対を交換可能に配設する方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る基板支持装置１００の斜視図である。本発明の一実施形態に係る基板支持装置１００の図１のＡＡ’における断面図である。（ａ）は、基板支持装置１００の変形例である基板支持装置２００の上下左右を反転した図であり（ｂ）〜（ｄ）は、本実施形態に係るガイド部１４０とその変形例を示す図である。本発明の一実施形態に係るガイド部１４０を介してプレート部１１０の内部に熱電対１３１を挿入する様子を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る基板支持装置３００の模式図である。本発明の一実施形態に係る基板支持装置４００の模式図である。本発明の一実施形態に係る基板支持装置５００の模式図である。

以下に一実施形態に係る本発明の基板支持装置及び基板支持装置に熱電対を配設する方法について、図を参照して説明する。なお、以下の実施形態は本発明の基板支持装置及び基板支持装置に熱電対を配設する方法の一例であり、本発明の基板支持装置及び基板支持装置に熱電対を配設する方法は以下の実施形態に限定されるわけではない。

シース熱電対は２種類の金属線を接合して温接点を形成した構造であり、金属線を保護するための保護管を有する場合でも、剛体である石英製の導波棒に対して、比較的柔軟に変形可能である。この性質を利用して、シース熱電対の抜き差しが可能な基板支持装置の構造を鋭意検討した。プレート部の外周付近の温度を測定するようにシース熱電対を配設するためには、シャフト部と平行に挿入したシース熱電対をプレート部の外周方向へ略９０°に折り曲げる必要がある。本発明者らは、少なくともシャフト部とプレート部と接合部にガイド部を配設することにより、シャフト部と平行に挿入したシース熱電対をプレート部の外周方向へ方向転換させることを想到した。Ｒ形状を備えたガイド部を用いることにより、シース熱電対の円滑な方向転換を行い、熱電対を簡便に交換可能な基板支持装置を実現することに想到した。

（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る基板支持装置１００を示す模式図である。また、図２は、図１のＡＡ’における基板支持装置１００の断面図を示す。基板支持装置１００は、プレート部１１０と、プレート部１１０に接続したシャフト部１５０とを備える。プレート部１１０は、半導体製造工程において、基板を支持するとともに、基板を加熱する。シャフト部１５０は、プレート部１１０を支持する部材である。

プレート部１１０は、例えば、３つの部材１１１、１１３及び１１５で構成される。プレート部１１０の内部には、発熱体１２０と、熱電対１３１及び１３３とが配設される。発熱体１２０は、プレート部１１０の部材１１３または１１５に溝を形成して配設する。また、プレート部１１０の部材１１３に溝を設けて、熱電対１３１及び１３３を配設し、部材１１１で熱電対１３１を封止する。本実施形態において、熱電対１３１はプレート部１１０の外周付近の温度を測定し、熱電対１３３はプレート部１１０の中央付近の温度を測定する。本実施形態に係る熱電対には、柔軟に変形可能なシース熱電対を好適に用いることができる。

プレート部１１０の基板を保持する面と反対側の中央部には、シャフト部１５０が接続する。シャフト部１５０は、中空構造１７０を有する。シャフト部１５０の中空構造１７０には、発熱体１２０に接続し、外部の制御装置（図示せず）に接続する配線１６０が配設される。また、中空構造１７０には、熱電対１３１及び１３３がプレート部１１０から延伸して配設される。

本実施形態に係る基板支持装置１００は、プレート部１１０とシャフト部１５０との内部に配設され、中空形状のガイド部１４０を備える。ガイド部１４０はＲ形状を備え、熱電対１３１は、シャフト部１５０と平行な第１の方向から挿入され、ガイド部１４０で第１の方向と直交する第２の方向（プレート部１１０の幅方向）へ屈曲して、プレート部１１０に配設される。このようにして、熱電対１３１は、プレート部１１０とシャフト部１５０との内部にガイド部１４０を介して配設される。

図３（ａ）は、基板支持装置１００の変形例である基板支持装置２００の上下左右を反転した図である。また、図３（ｂ）〜（ｄ）は、本実施形態に係るガイド部１４０とその変形例を示す図である。基板支持装置２００においては、部材２１３に空間を設けて熱電対１３１を配設する。基板支持装置１００においては、ガイド部１４０は、部材１１１と部材１１３内部の上面及び側面とに固定される。基板支持装置２００においては、ガイド部１４０は、部材２１１と、部材２１３内部の上下面及び側面に固定される。

ガイド部１４０は、Ｒ形状を備えることにより、熱電対１３１を第１の方向から第２の方向へ円滑に屈曲させることができる。本実施形態において、ガイド部１４０のＲ形状は、Ｒ３０以上Ｒ１００以下の形状とすることが好ましい。本実施形態において、Ｒ３０以上Ｒ１００以下の形状とは、図３（ｂ）に示したように、ガイド部の屈曲部の形状を指す。つまり、ガイド部の曲線部の中心線の形状を意味する。また、本実施形態においては、基板支持装置のスケールから、Ｒ３０ｍｍ以上Ｒ１００ｍｍ以下の形状となる。本実施形態においては、熱電対１３１は一般に基板支持装置に配設される公知のシース熱電対を用いることができる。Ｒ３０以上であれば、このような熱電対１３１のガイド部を介したプレート部への挿入が可能である。また、ガイド部のＲは大きいほうがより円滑に熱電対１３１を屈曲させることが可能であるが、シャフト部１５０の中空構造１７０の幅の制約があり、Ｒ１００を超えると基板支持装置の内部にガイド部を設けることが一般に設計上困難となる。本実施形態においては、Ｒ４０の形状であることがより好ましい。熱電対１３１の材質や太さにも依存するが、Ｒ４０前後であれば、ガイド部は、熱電対１３１を円滑に屈曲させることができる。

本実施形態に係るガイド部１４０は、図３（ｂ）に示した円筒を折り曲げた形状に限定されない。例えば、図３（ｃ）に示したような折り曲げた円筒の一方の内側を潰した形状であってもよい。このような形状を有するガイド部１４１は、図３（ａ）に示したように固定する場合に、部材２１３との固定が容易になる。また、図３（ｄ）に示したような断面が矩形のガイド部１４３を用いてもよい。熱電対１３１を第１の方向から第２の方向へ円滑に屈曲させることが可能であれば、断面が円形に限定されるものではない。

本実施形態に係るプレート部１１０、シャフト部１５０及びガイド部１４０は、金属またはセラミックスを用いて形成される。プレート部１１０及びガイド部１４０が金属製である場合には、ろう付けや溶接により接合される。また、プレート部１１０及びシャフト部１５０が金属で形成される場合には、ろう付けや溶接により接合される。利用可能な金属としては、基板支持装置の製造に用いられる公知の材料から選択可能であり、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、ニッケル、チタン等が挙げられる。プレート部１１０を金属で形成した場合は、少なくとも基板を支持する面には絶縁膜１１５を形成するのが好ましい。

プレート部１１０及びシャフト部１５０に金属を材料として用いると、図２に示した冷媒流路１９０をシャフト部１５０に形成することも可能である。冷媒流路１９０は、空気などの気体、あるいはオイル、エチレングリコール水溶液等の液体を還流させて、シャフト部１５０でヒータ温度の調整を助けるための機構である。この機構によれば、より高度な温度調整の手段が提供される。

ここで、本実施形態に係るガイド部１４０を介して、熱電対１３１をプレート部１１０の内部に配設する方法を説明する。図４は、ガイド部１４０を介してプレート部１１０の内部に熱電対１３１を挿入する様子を示す模式図である。シャフト部１５０から挿入された熱電対１３１は、ガイド部１４０の曲面にあたると、先端部が折り曲がる。さらに、熱電対１３１を挿入すると、熱電対１３１の先端部がガイド部１４０の内周側の面（図４においてはガイド部１４０の内部の上側）にあたって、プレート部１１０の幅方向へ向きを変える。さらに、熱電対１３１の先端部が部材２１３内部に侵入し、プレート部１１０の外周付近に位置するように配設される。このように、ガイド部１４０がＲ形状を有することにより、熱電対１３１をプレート部１１０の幅方向へ円滑に屈曲させることができる。また、熱電対１３１は、ガイド部１４０がＲ形状を有するため、内部で引っかからずに、引き抜くことも可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る基板支持装置は、Ｒ形状を有するガイド部を備えることにより、熱電対をシャフト部と平行な第１の方向から挿入して、ガイド部で第１の方向と直交する第２の方向へ屈曲させて、プレート部の内部に配設することができる。このような構造を有することにより、本実施形態に係る基板支持装置は、内蔵した熱電対を簡便に交換可能である。

（実施形態２）
上述した実施形態においては、プレート部１１０とシャフト部１５０との接続部にガイド部１４０を配設した例を説明した。本実施形態に係る基板支持装置３００は、シャフト部１５０の端部まで延伸したガイド部３４０を用いる点で異なる。

図５は、本実施形態に係る基板支持装置３００の模式図である。本実施形態に係るガイド部３４０は、シャフト部１５０の端部まで延伸することにより、熱電対１３１の挿入が容易になる。また、ガイド部３４０とシャフト部１５０の内部の側面との接する部分で、ガイド部３４０を固定することができる。

なお、本実施形態に係るガイド部３４０は、図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示したような様々な形状の部材であってもよい。

（実施形態３）
上述した実施形態においては、ガイド部として、中空状の部材をプレート部１１０とシャフト部１５０とに配設する例を説明した。本実施形態においては、プレート部の部材を加工して、ガイド部を形成する例について説明する。図６は、本実施形態に係る基板支持装置４００の模式図である。基板支持装置４００は、部材４１１、４１３ａ、４１３ｂ及び４１４を有する。他の構成については、上述した実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図６に示したように、基板支持装置４００においては、部材４１３ａと部材４１３ｂとにＲ加工が施される。基板支持装置４００においては、部材４１３ａに形成された溝部と部材４１３ｂとにより、ガイド部４４０が形成される。なお、部材４１３ａと部材４１３ｂとを一体形成してもよい。また、部材４１３ｂを部材４１１と一体形成してもよい。

このような構成を有することにより、基板支持装置４００は、熱電対をシャフト部と平行な第１の方向から挿入して、ガイド部で第１の方向と直交する第２の方向へ屈曲させて、プレート部の内部に配設することができる。

（実施形態４）
上述した実施形態においては、プレート部とシャフト部との接続部のみで熱電対を屈曲させている。本実施形態においては、熱電対をシャフト部内部に螺旋状に配設して、プレート部の内部に配設する例を説明する。図７は、本実施形態に係る基板支持装置５００の模式図である。基板支持装置５００は、シャフト部５５０の中空構造１７０側に螺旋状の溝部５５５を有する。他の構成は、上述した実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

基板支持装置５００においては、熱電対１３１をシャフト部５５０から挿入すると、熱電対１３１が螺旋状の溝部５５５に沿って変形して、ガイド部５４０に到達する。熱電対１３１は、上述した実施形態で説明したように屈曲して、プレート部１１０の内部に配設される。本実施形態に係るガイド部５４０は、螺旋状の溝部５５５に接続した一体構造を有する。ガイド部５４０は、上述した実施形態の何れの形状のガイド部であってもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る基板支持装置は、シャフト部に螺旋状の溝部を配設することにより、熱電対は螺旋状の溝部に沿って変形して、ガイド部に到達する。また、溝部に接続して一体に構成されるＲ形状を有するガイド部を備えることにより、熱電対をシャフト部からガイド部で屈曲させて、プレート部の内部に配設することができる。本実施形態に係る基板支持装置は、シャフト部に形成された溝部に沿ってプレート部の内部に配設されるため、シャフト部中央の空間を他の部材等のために空けることができる。

実施例として、図２に示した基板支持装置１００を用い、ガイド部１４０のＲを変えて、シース熱電対を挿入した。本実施例においては、一例として、インコネル６００で形成されたΦ１ｍｍのシース熱電対（株式会社岡崎製作所製）を用い、ガイド部１４０のＲ値と挿入する具合の関係を検討した。判定結果を表１に示す。この結果から、Ｒ３０以上であれば、プレート部へのガイド部を介した熱電対の挿入が可能であることが明らかである。

１００基板支持装置、１１０プレート部、１１１部材、１１３部材、１１５部材、１２０発熱体、１３１熱電対、１３３熱電対、１４０ガイド部、１４１ガイド部、１４３ガイド部、１５０シャフト部、１６０配線、１７０中空構造、１９０冷媒流路、２００基板支持装置、２１０プレート部、部材２１１、部材２１３、部材２１５、３００基板支持装置、３４０ガイド部、４００基板支持装置、４１０プレート部、部材４１１、部材４１３ａ、部材４１３ｂ、部材４１５、３４０ガイド部、５００基板支持装置、５４０ガイド部、５５０シャフト部、５５５溝部、５７０中空構造

Claims

プレート部と、
前記プレート部に接続したシャフト部と、
前記プレート部の内部に配設された発熱体と、
前記プレート部と前記シャフト部との内部に配設されたガイド部と、
前記プレート部と前記シャフト部との内部に前記ガイド部を介して配設された熱電対と、を備え、
前記ガイド部はＲ形状を備えることを特徴とする基板支持装置。
前記熱電対は、前記シャフト部と平行な第１の方向から挿入され、前記ガイド部で前記第１の方向と直交する第２の方向へ屈曲して、前記プレート部に配設されることを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
前記ガイド部はＲ３０ｍｍ以上Ｒ１００ｍｍ以下の形状を備え、前記熱電対を前記第１の方向から前記第２の方向へ屈曲させることを特徴とする請求項２に記載の基板支持装置。
前記ガイド部は、前記プレート部と前記シャフト部との接続部に配設された中空状の部材であることを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
前記ガイド部は、前記プレート部と前記シャフト部との接続部に配設され、前記シャフト部の端部まで延伸した中空状の部材であることを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
前記ガイド部は、前記プレート部と前記シャフト部との接続部に形成された溝部であることを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
前記ガイド部は、前記シャフト部から前記プレート部へ形成された螺旋状の溝部であることを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
前記熱電対は、シース熱電対であることを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
シャフト部と平行な第１の方向から熱電対を挿入し、
プレート部と前記シャフト部との内部に配設されたＲ形状を備えるガイド部で、前記第１の方向と直交する第２の方向へ前記熱電対を屈曲させ、
前記プレート部に前記熱電対を配設することを特徴とする基板支持装置に熱電対を配設する方法。
前記ガイド部はＲ３０ｍｍ以上Ｒ１００ｍｍ以下の形状を備え、前記熱電対を前記第１の方向から前記第２の方向へ屈曲させることを特徴とする請求項９に記載の基板支持装置に熱電対を配設する方法。
前記ガイド部は、前記シャフト部から前記プレート部へ形成された螺旋状の溝部であり、前記熱電対は前記螺旋状の溝部に沿って配設されることを特徴とする請求項９に記載の基板支持装置に熱電対を配設する方法。
前記熱電対は、シース熱電対であることを特徴とする請求項９に記載の基板支持装置に熱電対を配設する方法。